一種高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)臺(tái)定位控制領(lǐng)域，具體講是一種采用以DSP芯片為控制核心、雙電機(jī)消隙、伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，該三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)不但具有可拆開獨(dú)立工作功能，可以獨(dú)立控制單軸、兩軸和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，而且能夠有效提高轉(zhuǎn)臺(tái)控制精度，可以靈活地控制單軸、雙軸和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，大大提高轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度，且通用性強(qiáng)，可以降低整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)成本。
【背景技術(shù)】
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[0002]傳統(tǒng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要采用PLC(PCC)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、齒輪傳動(dòng)鏈的系統(tǒng)集成模式。這種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠、成本低廉等的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，這種控制系統(tǒng)也存在諸多缺點(diǎn)。采用單電機(jī)控制系統(tǒng)，只能用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)軸，由于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)不可避免的存在齒輪間隙，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用和齒輪間隙的存在，在定位停止時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)存在一個(gè)齒隙的自由空間，從而導(dǎo)致定位位置的不確定因素。控制系統(tǒng)采用PLC(PCC)作為處理核心，由于PLC(PCC)處理器的指令周期和任務(wù)周期相對(duì)于高性能的DSP較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)運(yùn)算能力差，控制的實(shí)時(shí)性差，同時(shí)也不利于一些復(fù)雜的控制算法的實(shí)現(xiàn)。PLC主要完成邏輯運(yùn)算，無(wú)法完成先進(jìn)的控制算法，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制精度完全依賴于伺服驅(qū)動(dòng)器，無(wú)法從一個(gè)大系統(tǒng)的層面來(lái)整體控制轉(zhuǎn)臺(tái)的控制精度。三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是一個(gè)多電機(jī)和多軸的系統(tǒng)，需要各個(gè)軸的控制器之間信息具有較高的共享，才能有效的協(xié)調(diào)多電機(jī)、多軸控制，由于PLC集成程度較高，對(duì)控制器內(nèi)部接口調(diào)用、算法調(diào)用程度有限，其次多個(gè)控制器的同步性和一致性也很難保證，很難實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器間高效的協(xié)調(diào)控制。由于PLC控制系統(tǒng)CPU和各種模塊安裝需要較大的體積，一般需要在轉(zhuǎn)臺(tái)外部配專用的控制箱，這樣就人為的將轉(zhuǎn)臺(tái)和控制系統(tǒng)分成兩部分，不利于運(yùn)輸和使用，這不符合現(xiàn)代高集成化、一體化的需求。最后，傳統(tǒng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制器沒(méi)有考慮到只用其中某一個(gè)單軸的情況下，控制器能否拆分對(duì)其進(jìn)行單軸控制。傳統(tǒng)的控制器在一些對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，但是隨著新式轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制精度要求越來(lái)越高，鑒于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在以上諸多不足，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足這種越來(lái)越高的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種不但具有可拆開獨(dú)立工作功能，可以獨(dú)立控制單軸、兩軸和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，而且能夠有效提高轉(zhuǎn)臺(tái)控制精度，可以靈活地控制單軸、雙軸和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，大大提高轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度，且通用性強(qiáng)，可以降低整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)成本的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，該三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)包括上方位軸控制器、俯仰軸控制器及下方位軸控制器，下方位軸控制器網(wǎng)口電連接有監(jiān)控主機(jī)，下方位軸控制器的一個(gè)串口電連接有手持控制板，下方位軸控制器的另一個(gè)串口與上方位軸控制器的一個(gè)串口電連接，上方位軸控制器的另一個(gè)串口與俯仰軸控制器的一個(gè)串口電連接，每個(gè)軸上還均包含一個(gè)獨(dú)立的電源模塊、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、第二伺服驅(qū)動(dòng)器、第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)以及旋轉(zhuǎn)變壓器，上方位軸控制器、俯仰軸控制器及下方位軸控制器均為一個(gè)以DSP28335芯片為控制核心的控制板。
[0005]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，以DSP28335芯片為控制核心的控制板可設(shè)有一個(gè)實(shí)時(shí)邊界仿真JTAG接口、一個(gè)自動(dòng)復(fù)位電路、一個(gè)電源變換單元、一個(gè)時(shí)鐘管理單元、一個(gè)看門狗單元、兩路ADC采樣電路、一路ADC校準(zhǔn)電路、三路串行通信接口電路、故障保護(hù)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)放大電路、旋變解碼控制電路、旋變解碼電路、數(shù)據(jù)總線邏輯控制單元、網(wǎng)口通信單元以及DA模擬量輸出單元，所述實(shí)時(shí)邊界仿真JTAG接口、自動(dòng)復(fù)位電路、電源變換單元、時(shí)鐘管理單元以及看門狗單元同時(shí)與系統(tǒng)控制的接口電連接，數(shù)據(jù)總線邏輯控制單元同時(shí)與DSP28335芯片的數(shù)據(jù)總線的接口、旋變解碼電路、網(wǎng)口通信單元以及DA模擬量輸出單元電連接，旋變解碼電路、網(wǎng)口通信單元以及DA模擬量輸出單元均與DSP28335芯片的數(shù)據(jù)總線的接口電連接，兩路ADC采樣電路和一路ADC校準(zhǔn)電路均與DSP28335芯片的ADC采樣單元的接口電連接，三路串行通信接口電路均與DSP28335芯片的SCI接口電連接，故障保護(hù)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)放大電路和旋變解碼控制電路均與DSP28335芯片的GP1接口電連接，旋變解碼控制電路與旋變解碼電路電連接。
[0006]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，俯仰軸控制器上的以DSP28335芯片為控制核心的控制板還包括一個(gè)外部中斷電路，外部中斷電路包括限位開關(guān)和光電隔離單元，光電隔離單元的一端與限位開關(guān)電連接，其另一端與DSP28335芯片的外部中斷接口電連接，限位開關(guān)與俯仰軸控制器中的1接口電連接。
[0007]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，兩路ADC采樣電路均可包括第一低通濾波器、電壓偏置電路、比例運(yùn)算單元和第一電壓跟隨單元，第一低通濾波器一端接收伺服驅(qū)動(dòng)器反饋的驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速模擬量，電壓偏置電路一端與第一低通濾波器電連接，其另一端與比例運(yùn)算單元電連接，第一電壓跟隨單元一端與比例運(yùn)算單元電連接，其另一端與DSP28335芯片的ADC采樣單元的接口電連接。
[0008]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，ADC校準(zhǔn)電路可包括基準(zhǔn)電壓電路、第二低通濾波器和第二電壓跟隨單元，第二低通濾波器一端與基準(zhǔn)電壓電路電連接，其另一端與第二電壓跟隨單元一端電連接，第二電壓跟隨單元另一端與DSP28335芯片的ADC采樣單元的接口電連接。
[0009]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，每路串行通信接口電路可包括差分轉(zhuǎn)單端電路和單端轉(zhuǎn)差分電路，差分轉(zhuǎn)單端電路和單端轉(zhuǎn)差分電路與DSP28335芯片的SCI接口電連接。
[0010]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，故障保護(hù)電路中的故障信號(hào)是經(jīng)過(guò)高速光耦后進(jìn)入到DSP28335芯片的GP1接口。
[0011]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，旋變解碼控制電路可包括電平變換單元和旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片，旋變解碼電路可包括旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片和電平轉(zhuǎn)換單元，電平變換單元的一端與DSP28335芯片的GP1接口電連接，其另一端與旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片電連接，電平轉(zhuǎn)換單元同時(shí)與DSP28335芯片的數(shù)據(jù)總線的接口、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片以及數(shù)據(jù)總線邏輯控制單元電連接。
[0012]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，網(wǎng)口通信單元可包括網(wǎng)卡芯片、隔離變壓器和輸出水晶頭，隔離變壓器的一端與網(wǎng)卡芯片電連接，其另一端與輸出水晶頭電連接，網(wǎng)卡芯片還同時(shí)與DSP28335芯片的數(shù)據(jù)總線的接口和數(shù)據(jù)總線邏輯控制單元電連接。
[0013]本發(fā)明所述的高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，其中，DA模擬量輸出單元可包括DA芯片、第三低通濾波器和第二比例運(yùn)算器，第三低通濾波器的一端與DA芯片電連接，其另一端與第二比例運(yùn)算器電連接，DA芯片還同時(shí)與DSP28335芯片的數(shù)據(jù)總線的接口和數(shù)據(jù)總線邏輯控制單元電連接。
[0014]本發(fā)明高精度可拆分的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的具體有益效果如下:
[0015]1、本發(fā)明控制系統(tǒng)中的上方位軸控制器、俯仰軸控制器及下方位軸控制器均具有獨(dú)立的以DSP28335芯片為控制核心的控制板、獨(dú)立電源模塊、獨(dú)立控制電路、獨(dú)立通信接口和協(xié)議、獨(dú)立的控制算法以及獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，在某些情況下只需要用到一個(gè)方位軸或者只需要用方位軸和俯仰軸時(shí)，可以將下轉(zhuǎn)臺(tái)拆下來(lái)，變成一個(gè)單軸和一個(gè)兩軸的轉(zhuǎn)臺(tái)，下方位單軸可以直接使用，上方位和俯仰雙軸可以只稍加更改上方位控制程序就可運(yùn)行，從而達(dá)到轉(zhuǎn)臺(tái)的可拆分使用的目的。
[0016]2、本發(fā)明控制系統(tǒng)包含六個(gè)伺服電機(jī)，每個(gè)軸采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，用DSP控制和DAC芯片根據(jù)參考力矩大小輸出一個(gè)模擬量控制兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)輸出力矩在參考力矩上增加一個(gè)固定大小的偏置力矩，另外一個(gè)電機(jī)在參考力矩上減小一個(gè)固定大小的偏置力矩，按照這種控制方法，在定位停止時(shí)，雙電機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的夾緊力矩，該夾緊力矩使得轉(zhuǎn)臺(tái)定位停止不能自由活動(dòng)，從而大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度。
[0017]3、本控制系統(tǒng)具有雙電機(jī)消隙的控制算法，能夠在轉(zhuǎn)臺(tái)定位停止時(shí)，雙邊夾緊齒輪消除傳動(dòng)齒隙，正是傳動(dòng)齒隙誤差地消除，從而大大提高了轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度。
[0018]4、本發(fā)明控制系統(tǒng)的控制板硬件上具有驅(qū)動(dòng)功能、信號(hào)檢測(cè)功能、驅(qū)動(dòng)保護(hù)功能、DAC轉(zhuǎn)換功能、ADC轉(zhuǎn)換